RU2592264C2 - Electrically driven module - Google Patents
Electrically driven module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2592264C2 RU2592264C2 RU2013158053/07A RU2013158053A RU2592264C2 RU 2592264 C2 RU2592264 C2 RU 2592264C2 RU 2013158053/07 A RU2013158053/07 A RU 2013158053/07A RU 2013158053 A RU2013158053 A RU 2013158053A RU 2592264 C2 RU2592264 C2 RU 2592264C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- low
- act
- digital signal
- freq
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/15—Controlling commutation time
- H02P6/157—Controlling commutation time wherein the commutation is function of electro-magnetic force [EMF]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Данное изобретение относится к электроприводному модулю и, в частности, к синусоидальному (на жаргоне - АС (переменного тока)) электроприводному модулю.This invention relates to an electric drive module and, in particular, to a sinusoidal (in jargon - AC (alternating current)) electric drive module.
Уровень техникиState of the art
Ниже на примере неограничительного характера описан электроприводной модуль, содержащий бесщеточный трехфазный электродвигатель с постоянными магнитами, генерирующими противоэлектродвижущую силу (CEMF) с синусоидальной формой для привода в действие электромагнитных клапанов и насосов.Below, an example of a non-limiting nature is described an electric drive module containing a brushless three-phase electric motor with permanent magnets generating a counter-electromotive force (CEMF) with a sinusoidal shape for actuating electromagnetic valves and pumps.
При применении электромагнитного клапана и электрического насоса требуется наличие минимального акустического шума и снижение как потребления энергии, так и затрат.The use of a solenoid valve and an electric pump requires minimal acoustic noise and a reduction in both energy consumption and costs.
Данные потребности привели к разработке бесщеточных электродвигателей с синусоидальной CEMF (бесщеточные электродвигатели переменного тока), приводимых в движение инверторами, выполненными с возможностью прикладывать синусоидальные токи в обмотках, что привело к выходу из употребления бесщеточных электродвигателей постоянного тока, приводимых в движение на шести этапах в ШИМ (широтно-импульсной модуляции).These needs led to the development of brushless motors with sinusoidal CEMF (brushless AC motors) driven by inverters configured to apply sinusoidal currents in the windings, which led to the discontinuation of brushless DC motors driven in six stages in PWM (pulse width modulation).
Синусоидальная форма CEMF, а вместе с ней и относительного фазного тока обеспечивают минимальное колебание (практически нулевое) активного крутящего момента и, как следствие, малые механические вибрации, и, следовательно, малое акустическое излучение.The sinusoidal shape of the CEMF, and with it the relative phase current, provide minimal (almost zero) fluctuation in the active torque and, as a result, small mechanical vibrations, and, therefore, low acoustic radiation.
Также возможно минимизировать поглощение тока для генерирования определенного крутящего момента на валу и таким образом максимально повысить КПД электромеханического преобразования, путем оптимального приведения в движение бесщеточных двигателей переменного тока, которые, как правило, приводятся в движение токоуправляемыми инверторами с приложенным напряжением.It is also possible to minimize current absorption to generate a certain torque on the shaft and thus maximize the electromechanical conversion efficiency by optimally driving brushless AC motors, which are usually driven by current-controlled inverters with an applied voltage.
Для такого привода требуется, чтобы переключение бесконтактных переключателей выполнялось таким образом, чтобы гарантировать в каждый момент времени то, что полярная ось магнитного поля ротора остается при 90 электрических градусах относительно полярной оси магнитного поля, генерируемого токами, циркулирующими в обмотках статора, вне зависимости от крутящего момента и скорости вращения.Such a drive requires that the proximity switches are switched in such a way as to guarantee at every moment that the polar axis of the magnetic field of the rotor remains at 90 electrical degrees relative to the polar axis of the magnetic field generated by currents circulating in the stator windings, regardless of the torque moment and speed of rotation.
Для получения непрерывной информации об угловом положении ротора обычно используются дорогостоящие датчики, например абсолютные энкодеры, датчики положения или датчики на эффекте Холла.Expensive sensors, such as absolute encoders, position sensors or Hall effect sensors, are usually used to obtain continuous information about the rotor's angular position.
Выходные сигналы, сгенерированные датчиками, затем удобно обрабатываются для управления бесконтактными переключателями инвертора таким образом, чтобы поддерживать угловой сдвиг в 90 электрических градусов между магнитными полями ротора и статора.The output signals generated by the sensors are then conveniently processed to control the proximity switches of the inverter so as to maintain an angular shift of 90 electrical degrees between the magnetic fields of the rotor and stator.
Наличие датчиков положения делает эксплуатацию относительно дорогостоящей и, как следствие, были разработаны различные стратегии для привода, в которых датчики не используются (на жаргоне -"бездатчиковые") и которые специально предназначены для уменьшения затрат на эксплуатацию.The presence of position sensors makes operation relatively expensive and, as a result, various strategies have been developed for the drive, in which the sensors are not used (in the jargon - "sensorless") and which are specifically designed to reduce operating costs.
Среди данных стратегий есть стратегии, основанные на ориентации полей статора и ротора (на жаргоне - FOC), которые гарантируют вышеупомянутое ортогональное соотношение полей при использовании технически сложных и дорогостоящих интегральных схем (ИС) с высокими вычислительными способностями (на жаргоне - DSP), выполняющими расчет углового положения ротора в реальном времени исключительно на основе электрических величин (напряжений на клеммах электродвигателя и токов, циркулирующих в обмотках), наличие которых предоставляется соответствующими задающими схемами.Among these strategies, there are strategies based on the orientation of the stator and rotor fields (in the jargon - FOC), which guarantee the aforementioned orthogonal field correlation when using technically complex and expensive integrated circuits (ICs) with high computing capabilities (in the jargon - DSP) that perform the calculation the rotor angular position in real time solely on the basis of electrical quantities (voltage at the motor terminals and currents circulating in the windings), the presence of which is provided corresponding of a given scheme.
Если динамические характеристики приводимой в действие машины не являются слишком интенсивными, а это имеет место для электрических вентиляторов и электрических насосов, то возможно применить оптимальный критерий, полученный непосредственно из вышеупомянутого базового принципа, описанного ниже (полярная ось магнитного поля ротора поддерживается в каждый момент времени при 90 электрических градусах относительно полярной оси магнитного поля, генерируемого токами, циркулирующими в обмотках статора): привод функционирует таким образом, что CEMF и фазный ток поддерживаются в фазе; естественно, что вышеупомянутый критерий выполняется в каждой точке рабочего поля (крутящий момент, скорость вращения, напряжение питания постоянного тока).If the dynamic characteristics of the driven machine are not too intense, and this is the case for electric fans and electric pumps, then it is possible to apply the optimal criterion obtained directly from the aforementioned basic principle described below (the polar axis of the magnetic field of the rotor is maintained at every moment at 90 electrical degrees relative to the polar axis of the magnetic field generated by currents circulating in the stator windings): the drive operates in such a way that CEMF and phase current are maintained in phase; Naturally, the aforementioned criterion is fulfilled at each point of the working field (torque, rotation speed, DC voltage).
"Бездатчиковые" приводы, в которых применяют стратегии для привода на основе вышеупомянутого критерия, базируются на считывании электрических величин (например, напряжения на клеммах электродвигателя, токов, циркулирующих в обмотках электродвигателя) с целью;“Sensorless” drives that use strategies for a drive based on the aforementioned criteria are based on reading electrical quantities (for example, voltage at the motor terminals, currents circulating in the motor windings) for the purpose;
- детектирования перехода через ноль CEMF и тока;- detecting the transition through zero CEMF and current;
- оценки относительной фазы между CEMF и током- estimates of the relative phase between CEMF and current
- и применения подходящих способов привода в действие бесконтактных переключателей инвертора, который поддерживает в фазе две вышеупомянутые величины.- and the use of suitable methods for driving the proximity switches of the inverter, which supports the phase of the two above-mentioned values.
Первый недостаток данных стратегий заключается в том факте, что для обнаружения перехода через ноль CEMF, то есть для считывания знака CEMF в тот момент, когда переход тока в обмотках становится равным нулю, данное состояние должно сохраняться в течение достаточного продолжительного периода времени для того, чтобы обеспечить возможность считывания CEMF, что отличается от необходимой синусоидальной кривой тока для получения малого акустического шума.The first drawback of these strategies is the fact that, in order to detect the transition through zero of CEMF, that is, to read the sign of CEMF at the moment when the current transition in the windings becomes zero, this state must be maintained for a sufficiently long period of time so that provide the ability to read CEMF, which differs from the necessary sinusoidal current curve to obtain low acoustic noise.
Решение данной проблемы было предложено в патенте EP 2195916 на имя того же самого заявителя. Однако в раскрытом решении вводится дополнительная стоимость вследствие использования сети "аналогового" аппаратного обеспечения для импеданса фазы электродвигателя.A solution to this problem was proposed in patent EP 2195916 in the name of the same applicant. However, in the disclosed solution, an additional cost is introduced due to the use of a network of “analog” hardware for the phase impedance of the motor.
Второй недостаток вышеупомянутых стратегий управления связан с необходимостью считывания фазного тока. Существует, в целом, два подхода к данному считыванию, и в соответствии с уровнем техники оба являются затратными.A second drawback of the aforementioned control strategies is the need to read the phase current. There are generally two approaches to this reading, and both are costly in accordance with the prior art.
В первом подходе используется по меньшей мере одно устройство ИС, содержащее датчик на эффекте Холла, чувствительный к магнитному полю, генерируемому фазным током (решение с гальванической развязкой). Во втором подходе используется по меньшей мере одно устройство ИС, содержащее усилитель для обработки напряжения в шунте "внешней земли", через который протекает фазный ток (решение без гальванической развязки).The first approach uses at least one IC device containing a Hall effect sensor that is sensitive to the magnetic field generated by the phase current (solution with galvanic isolation). In the second approach, at least one IC device is used, containing an amplifier for processing the voltage in the “external earth” shunt through which the phase current flows (solution without galvanic isolation).
В первом случае ИС устройство должно быть расположено вблизи одного из проводников, через который проходит фазный ток, и должно иметь очень низкую чувствительность к "паразитным" магнитным полям.In the first case, the IC device should be located near one of the conductors through which the phase current passes, and should have a very low sensitivity to "spurious" magnetic fields.
Во втором случае синфазное входное напряжение, которое должен принимать усилитель без повреждения самого себя, должно быть по меньшей мере равным напряжению (Vbus) питания инвертора.In the second case, the common-mode input voltage, which the amplifier must receive without damaging itself, must be at least equal to the inverter supply voltage (Vbus).
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В таком контексте главная техническая задача данного изобретения состоит в создании электроприводного модуля, в котором устранены вышеупомянутые недостатки как относительно эксплуатационных характеристик, так и относительно затрат.In such a context, the main technical objective of the present invention is to provide an electric drive module in which the aforementioned disadvantages are eliminated both in terms of performance and cost.
Одна задача данного изобретения состоит в создании бесшумного электроприводного модуля с низким потреблением энергии.One object of the present invention is to provide a silent electric drive module with low power consumption.
Другая задача данного изобретения состоит в создании электроприводного модуля на основе простой управляющей архитектуры и конкурентоспособного по затратам.Another objective of this invention is to create an electric drive module based on a simple control architecture and cost-competitive.
Техническая задача, по существу, выполнена посредством электроприводного модуля, содержащего технические признаки, описанные в независимом пункте 1 формулы изобретения.The technical task is essentially accomplished by means of an electric drive module containing the technical features described in
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Другие признаки и преимущества данного изобретения очевидны из нижеследующего неограничивающего описания предпочтительного не ограничивающего варианта осуществления электроприводного модуля, показанного на прилагаемых чертежах, на которых:Other features and advantages of the present invention are apparent from the following non-limiting description of a preferred non-limiting embodiment of an electric drive module shown in the accompanying drawings, in which:
- на фиг.1 показана функциональная схема электроприводного модуля согласно изобретению;- figure 1 shows a functional diagram of an electric drive module according to the invention;
- на фиг.2 изображена эквивалентная схема фазы бесщеточного электродвигателя переменного тока;- figure 2 shows an equivalent phase diagram of a brushless AC motor;
- на фиг.3a показана векторная диаграмма относительно схемы, показанной на фиг.2;- figa shows a vector diagram relative to the circuit shown in figure 2;
- на фиг.3b изображена вторая векторная диаграмма относительно схемы, показанной на фиг.2;- Fig.3b shows a second vector diagram relative to the circuit shown in Fig.2;
- на фиг.4 показана векторная диаграмма относительно оптимального функционирования схемы, показанной на фиг.2;- figure 4 shows a vector diagram relative to the optimal functioning of the circuit shown in figure 2;
- на фиг.5 изображена частичная функциональная схема аналогового подмодуля, образующего часть приводного модуля, показанного на фиг.1;- figure 5 shows a partial functional diagram of an analog submodule forming part of the drive module shown in figure 1;
- на фиг.6 показана диаграмма основных сигналов в аналоговом подмодуле, показанном на фиг.5;- figure 6 shows a diagram of the main signals in the analog submodule shown in figure 5;
- на фиг.7 изображена диаграмма сигналов, относящихся к функции "поймать вращение ротора" приводного модуля, показанного на фиг.1.- figure 7 shows a diagram of the signals related to the function of "catch the rotation of the rotor" of the drive module shown in figure 1.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
При ссылке на прилагаемые чертежи, в частности при ссылке на фиг.1, номер позиции 1 обозначает электроприводной модуль согласно изобретению.When referring to the accompanying drawings, in particular when referring to FIG. 1,
Следует отметить, что на функциональной схеме, показанной на фиг.1, не изображены компоненты, которые с точки зрения эксплуатации могут рассматриваться в качестве существующего уровня техники, то есть приводы с полевыми МОП-транзисторами и интерфейс для управления пользователем для аналоговых или цифровых входных сигналов извне, то есть для управляющих устройств, устанавливающих скорость или частоту для электроприводного модуля 1.It should be noted that the functional diagram shown in Fig. 1 does not depict components that, from the point of view of operation, can be considered as the existing prior art, that is, drives with MOSFETs and an interface for user control for analog or digital input signals from the outside, that is, for control devices that set the speed or frequency for the
Электроприводной модуль 1 содержит электродвигатель 2 с постоянными магнитами, трехфазный мост или инвертор 3 для питания электрическим током под напряжением Vbus электродвигателя 2, ступень 4 постоянного тока для питания электрическим током инвертора 3 и контроллер 8 для приведения в действие инвертора 3.The
Контроллер 8 является очень простым и недорогим приемным/обрабатывающим устройством и снабжен памятью для хранения данных.The
Приводной модуль 1 также содержит, как это описано далее более подробно, недорогой аналоговый модуль 11 для измерения пикового значения фазного тока Is, известный как "pk_detect", и аналоговый модуль 18, известный как "zc_E-I_detect", для детектирования перехода через ноль тока первой фазы, например, фазы, обозначенной U, электродвигателя 2, причем оба аналоговых модуля сообщаются с контроллером 8.The
В показанном варианте осуществления изобретения инвертор 3 имеет три ветви U, V, W, каждая из которых содержит пару полевых МОП-транзисторов, соответственно Q_high_U, Q_low_U, Q_high_V, Q_low_V и Q_high_W, Q_low_W, соединенных в соответствии с существующим уровнем техники.In the shown embodiment, the
Как показано на чертеже, ступень 4 снабжена ступенью фильтра, например, содержащей выравнивающий конденсатор (Cbus) и индуктивное сопротивление (Lbus).As shown in the drawing, stage 4 is provided with a filter stage, for example, comprising an equalizing capacitor (Cbus) and an inductance (Lbus).
Например, без какого-либо ограничения объема правовой охраны изобретения далее сделана ссылка на бесщеточный электродвигатель с постоянными магнитами, оснащенный биполярным изотропным ротором.For example, without any limitation on the scope of legal protection of the invention, reference is further made to a brushless permanent magnet motor equipped with a bipolar isotropic rotor.
Трехфазная обмотка статора содержит три обмотки одинакового типа и с равным количеством витков, причем в данных обмотках предусмотрено смещение фазы на 120° и соединение звездой с недоступной нейтральной точкой звезды или соединение треугольником.The three-phase stator winding contains three windings of the same type and with an equal number of turns, and these windings provide a phase shift of 120 ° and a star connection with an inaccessible neutral point of the star or a triangle connection.
На фиг.2 изображена, например, модель схемы фазы электродвигателя, а на фиг.3 изображена векторная диаграмма электрических величин.Figure 2 shows, for example, a model of the phase diagram of the electric motor, and figure 3 shows a vector diagram of electrical quantities.
Каждая из трех обмоток характеризуется своим сопротивлением Rs, синхронным индуктивным сопротивлением Ls и CEMF, которая имеет синусоидальную кривую и возникает вследствие вращения ротора с постоянными магнитами; Is представляет собой фазный ток, который также является синусоидальным и проходит через каждую из трех обмоток.Each of the three windings is characterized by its resistance Rs, synchronous inductive resistance Ls and CEMF, which has a sinusoidal curve and arises due to the rotation of the rotor with permanent magnets; Is is a phase current that is also sinusoidal and passes through each of the three windings.
Вектор Vs представляет приложенное напряжение, а вектор Es представляет CEMF, наведенную в каждой из трех обмоток статора.The vector Vs represents the applied voltage, and the vector Es represents the CEMF induced in each of the three stator windings.
Для удобства модули векторов Es, Vs, Is идентифицированы в качестве пиковых значений величин, к которым они относятся.For convenience, the moduli of the vectors Es, Vs, Is are identified as peak values of the quantities to which they relate.
CEMF Es является функцией температуры Tmag магнитов, поскольку она пропорциональна остаточной индукции Br используемых постоянных магнитов, которая, в свою очередь, зависит от температуры магнитов, причем если αmag является коэффициентом вариации температуры постоянных магнитов при остаточной индукции, то применяется следующее соотношение:CEMF Es is a function of the temperature T mag of the magnets, since it is proportional to the residual induction Br of the used permanent magnets, which, in turn, depends on the temperature of the magnets, and if α mag is the coefficient of variation of the temperature of the permanent magnets with residual induction, then the following relation applies:
ES(Tmag)=ES0·[1+αmag·(Tmag-T0mag)], E S (T mag) = E S0 · [ 1 + α mag · (T mag -T 0mag)],
где ES0 является CEMF при эталонной температуре T0mag магнитов.where E S0 is CEMF at a reference temperature T 0mag of magnets.
Продольная ось d сориентирована по направлению потока Φr ротора, и поперечная ось q образует угол 90° с продольной осью d.The longitudinal axis d is oriented in the direction of flow of the rotor Φr, and the transverse axis q forms an angle of 90 ° with the longitudinal axis d.
На основании закона электромагнитной индукции (e=dϕ/dt) наведенная CEMF Es в обмотке статора всегда направлена по поперечной оси q, то есть она опережает по фазе на 90° относительно потока Φr ротора.Based on the law of electromagnetic induction (e = dϕ / dt), the induced CEMF Es in the stator winding is always directed along the transverse axis q, that is, it is 90 ° ahead in phase with respect to the rotor flux Φr.
Напряжение Vs, приложенное приводным устройством к обмоткам статора, представлено, как указано выше, вектором Vs.The voltage Vs applied by the drive device to the stator windings is represented, as indicated above, by the vector Vs.
Электромагнитная мощность электродвигателя вычисляется по формуле 3Eslscos(γ), где γ - угол между Es и Is (γ является положительным, если Is опережает Es).The electromagnetic power of the electric motor is calculated by the formula 3Eslscos (γ), where γ is the angle between Es and Is (γ is positive if Is is ahead of Es).
КПД электродвигателя 2 является максимальным, когда при равных условиях мощности Is является минимальным, cos(γ)=1 и γ равен нулю. Данное условие означает, что CEMF Es и ток Is находятся в фазе, как показано на фиг.4.The efficiency of
Электроприводной модуль 1 выполнен с возможностью управления устройством с низкими динамическими характеристиками, причем, в показанном примере, без какого-либо ограничения объема правовой охраны изобретения, устройство образовано вентилятором 7.The
Приводной модуль содержит шунт Rsh с низким индуктивным сопротивлением, соединенный, как показано на фиг.1, с тремя ветвями инвертора 3, причем шунт выполнен так, что через него протекают токи, циркулирующие на инверторе, как это описано далее более подробно.The drive module contains a shunt Rsh with low inductance, connected, as shown in figure 1, with three branches of the
Контроллер 8 содержит модулятор 5, управляемый посредством первого цифрового сигнала "Vs_act", представляющего амплитуду фазовых напряжений, прикладываемых к электродвигателю, и посредством второго цифрового сигнала "freq_act", представляющего частоту электрического тока фазовых напряжений, прикладываемых к электродвигателю 2.The
Например, трехфазный мост 3 генерирует, посредством синусоидально-треугольной широтно-импульсной модуляции, по существу, известного типа, три напряжения с изменяемой частотой, сдвинутых по фазе на 120 электрических градусов.For example, a three-
Модулятор 5 генерирует, полностью обычным/стандартным образом (например, по синусоидально-треугольному методу), приводные сигналы шести бесконтактных переключателей, снабженных полевыми МОП-транзисторами, инвертора 3 из вышеупомянутых первого цифрового сигнала "Vs_act" и второго цифрового сигнала "freq_act".The modulator 5 generates, in a completely normal / standard way (for example, by a sinusoidal-triangular method), the drive signals of six proximity switches equipped with MOSFETs, an
В частности, первый цифровой сигнал "Vs_act" представляет амплитуду фазовых напряжений в трехфазном симметричном контуре, приложенных к электродвигателю 2, а второй цифровой сигнал "freq_act" представляет частоту электрического тока напряжений, приложенных к электродвигателю, причем данные сигналы получают, как описано более подробно ниже, путем своевременной коррекции эталонного значения частоты "freq_set" электрического тока, установленной внутри или снаружи контроллера 8, и непосредственно связанной со скоростью "N_set" вращения с использованием хорошо известного соотношения freq_set=N_set*p/120, где p - количество полюсов электродвигателя 2.In particular, the first digital signal "Vs_act" represents the amplitude of the phase voltages in a three-phase symmetrical circuit applied to the
В свою очередь, "N_set" рассчитывается непосредственно из входного сигнала извне, устанавливающего необходимую скорость, введенную с использованием вышеупомянутого интерфейса для пользователя, который не показан.In turn, "N_set" is calculated directly from the input signal from the outside, setting the required speed entered using the aforementioned interface for a user who is not shown.
Модулятор 5 рассчитывает количества включений шести полевых МОП-транзисторов Q_high_U, Q_low_U, Q_high_V, Q_low_V и Q_high_W, Q_low_W.Modulator 5 calculates the number of switching on of six MOSFETs Q_high_U, Q_low_U, Q_high_V, Q_low_V and Q_high_W, Q_low_W.
Амплитуда основной гармоники напряжений питания электродвигателя, представленная "Vs_act", может быть запрограммирована независимо от приводной частоты, представленной "freq_act".The amplitude of the fundamental harmonic of the motor supply voltages represented by "Vs_act" can be programmed independently of the drive frequency represented by "freq_act".
До подробного описания цепей управления для "Vs_act" и "freq_act" ниже дано описание используемых коэффициентов, полученных как путем измерения некоторых физических величин, так и путем обработки на основании значений характеристических электрических параметров электродвигателя 2, удобно хранящихся в памяти контроллера 8, выполненного с возможностью реализации цепей управления.Prior to a detailed description of the control circuits for "Vs_act" and "freq_act", a description is given of the coefficients used, obtained both by measuring some physical quantities and by processing, based on the values of the characteristic electrical parameters of the
Относительно векторной диаграммы, показанной на фиг.4, следует отметить, что возможно получить аппроксимированное выражение оптимального угла δopt опережения напряжения Vs, приложенного относительно CEMF Es.Regarding the vector diagram shown in FIG. 4, it should be noted that it is possible to obtain an approximate expression of the optimum lead angle δ opt of the voltage advance Vs applied with respect to CEMF Es.
На основе тригонометрических данных с векторной диаграммы, показанной на фиг.4, точное выражение может быть записано так:Based on the trigonometric data from the vector diagram shown in FIG. 4, the exact expression can be written as follows:
При этом:Wherein:
"электрический" КПД при нормальных условиях нагружения, определенный как Es/(Es+Rs·Is) превышает 0,9,"electrical" efficiency under normal loading conditions, defined as Es / (Es + Rs · Is) exceeds 0.9,
электродвигатель 2 используется для приведения в действие нагрузки, характеризуемой резистентным крутящим моментом, пропорциональным току, причем данный момент является нелинейной функцией скорости вращения.an
Поскольку составляющая Rs·Is в различных условиях нагружения не превышает 10% от Es, то можно записать Is≅k′·ωel, и поэтому Rs·Is≅k·ωel, где
Правильность данной линейной аппроксимации для ωel широко проверена в технической практике для электродвигателей с высоким КПД, выполненных с возможностью приведения в действие вентиляторов и насосов, как это указано в предпочтительном случае в примере.The correctness of this linear approximation for ω el is widely tested in technical practice for high-efficiency electric motors made with the possibility of driving fans and pumps, as indicated in the preferred case in the example.
Как известно, CEMF Es также зависит, кроме температуры постоянных магнитов, линейно от механического импульса, который при условиях устойчивого состояния превышает электрический импульс в 2/р раза.As is known, CEMF Es also depends, in addition to the temperature of permanent magnets, linearly on a mechanical impulse, which under steady state conditions exceeds the electric impulse by a factor of 2 / p.
Это позволяет всему знаменателю точного выражения tgδopt также считаться пропорциональным ωel, вследствие чего обеспечивается возможность упрощения точного выражения путем введения удобного поправочного коэффициента Kcorr (больше 1, как правило, менее 1, 2, что устанавливается опытным путем), как показано ниже:This allows the entire denominator of the exact expression tgδ opt to be also considered proportional to ω el , which makes it possible to simplify the exact expression by introducing a convenient correction coefficient K corr (more than 1, usually less than 1, 2, which is established experimentally), as shown below:
где KE представляет константу CEMF, измеренную в В/(об/мин), и p представляет количество полюсов.where K E represents the constant CEMF, measured in V / (rpm), and p represents the number of poles.
Следует отметить, что зависимость от ωel исчезает в упрощенном выражении.It should be noted that the dependence on ω el disappears in a simplified expression.
Если влияние температуры постоянных магнитов на CEMF Es учитывается посредством коэффициента αmag вариации температуры постоянных магнитов при остаточной индукции, то необходимо ввести линейную зависимость константы KE CEMF от температуры магнитов согласно выражению:If the influence of the temperature of permanent magnets on CEMF Es is taken into account by the coefficient α mag of variation of the temperature of permanent magnets with residual induction, then it is necessary to introduce a linear dependence of the constant K E CEMF on the temperature of the magnets according to the expression:
KE(Tmag)=KE0·[1+αmag·(Tmag-T0mag)]K E (T mag ) = K E0 · [1 + α mag · (T mag -T 0mag )]
где KE0 является константой CEMF при эталонной температуре T0mag постоянных магнитов, и, как уже упоминалось, αmag является коэффициентом вариации температуры постоянных магнитов при остаточной индукции (αmag=-0,1%/K для магнитов из Nd-Fe-B).where K E0 is the CEMF constant at the reference temperature T 0mag of permanent magnets, and, as already mentioned, α mag is the coefficient of variation of the temperature of the permanent magnets with residual induction (α mag = -0.1% / K for magnets from Nd-Fe-B )
Данная составляющая особенно важна при наличии широкой вариабельности температуры окружающей среды (например, от -40°C до 120°C для электрических вентиляторов, образующих часть радиаторных систем охлаждения для двигателей, работающих в условиях термического нагружения).This component is especially important in the presence of wide variability of the ambient temperature (for example, from -40 ° C to 120 ° C for electric fans forming part of the radiator cooling systems for engines operating under thermal loading).
Поскольку на практике значение угла δopt, как правило, меньше 30 электрических градусов, то возможно аппроксимировать тангенс угла самим углом и, таким образом, записать:Since in practice the value of the angle δ opt , as a rule, is less than 30 electrical degrees, it is possible to approximate the tangent of the angle by the angle itself and, thus, write:
Другими словами, если падение напряжения Rsls на активном сопротивлении пренебрежимо мало относительно Es, и тангенс угла δopt опережения может быть аппроксимирован самим углом, то можно сказать, что на практике угол δopt опережения линейно зависит от фазного тока Is и от температуры Tmag постоянных магнитов, как описано в вышеупомянутом упрощенном соотношении.In other words, if the voltage drop Rsls on the active resistance is negligible with respect to Es, and the tangent of the lead angle δ opt can be approximated by the angle itself, then we can say that in practice the lead angle δ opt depends linearly on the phase current Is and the constant temperature T mag magnets as described in the above simplified ratio.
Контроллер 8 содержит ступень 9, известную как "gain_lpk", для расчета угла δopt опережения напряжения Vs, приложенного к электродвигателю 2 относительно CEMF Es, как линейной функции пикового значения фазного тока Is.The
Согласно первому варианту осуществления изобретения приводной модуль 1 содержит температурный датчик 10, расположенный вблизи постоянных магнитов и сообщающийся со ступенью 9 "gain_lpk" для предоставления ступени 9 информации относительно температуры постоянных магнитов.According to a first embodiment of the invention, the
Ступень 9 выполнена с возможностью расчета угла δopt опережения как линейной функции пикового значения фазного тока Is согласно следующему уравнению:Stage 9 is configured to calculate the lead angle δ opt as a linear function of the peak value of the phase current Is according to the following equation:
где, как указано, "Ls" является синхронным индуктивным сопротивлением электродвигателя, выраженным в Генри, "р" является количеством полюсов электродвигателя, "KE0" является константой CEMF при эталонной температуре "T0mag" постоянных магнитов, "αmag" является коэффициентом вариации температуры постоянных магнитов при остаточной индукции, "Tmag" является температурой постоянных магнитов, измеренной температурным датчиком 10.where, as indicated, “Ls” is the synchronous inductance of the motor expressed in Henry, “p” is the number of motor poles, “K E0 ” is the CEMF constant at the reference temperature “T 0mag ” of permanent magnets, “α mag ” is the coefficient of variation permanent magnet temperature with residual induction, "T mag " is the permanent magnet temperature measured by the
В других вариантах осуществления изобретения вышеупомянутая формула для расчета δopt может использоваться при αmag=0, устраняя, таким образом, зависимость выражения от температуры.In other embodiments of the invention, δ opt above formula for calculation may be used for α mag = 0, thus eliminating the dependence of expression on the temperature.
Для того чтобы обеспечить пропорциональность вышеупомянутого сигнала току Is на входе ступени 9 "gain_lpk", приводной модуль 1 содержит вышеуказанный модуль 11 недорогого типа и полностью аналогового типа, выполненный для измерения пикового значения фазного тока Is, причем данный модуль известен как "pk_detect".In order to ensure that the aforementioned signal is proportional to the current Is at the input of stage 9 "gain_lpk", the
Аналоговый модуль 11 получает, за пределами контроллера 8, сигнал напряжения, присутствующий на шунте Rsh, в качестве входного сигнала, и возвращает, в качестве выходного сигнала, аналоговый сигнал, уровень которого прямо пропорционален амплитуде тока, проходящего через шунт Rsh. Аналоговый модуль 11, изображенный схематично, описан в публикации ЕР 2195916, на которую в данном документе сделана ссылка во всей полноте для полноты описания.The analog module 11 receives, outside the
Ступень 9 "gain_lpk" расположена, как упомянуто выше, в контроллере 8 и выполняет следующие операции:Stage 9 "gain_lpk" is located, as mentioned above, in the
- аналогово-цифровое преобразование аналогового сигнала, пропорционального току Is на выходе со ступени "pk_detect" с временным интервалом между двумя последовательными выборками предпочтительно менее 1/100 от минимального электрического периода;- analog-to-digital conversion of an analog signal proportional to the current Is at the output from the pk_detect stage with a time interval between two consecutive samples, preferably less than 1/100 of the minimum electric period;
- поиск максимума среди значений, считанных в течение каждого электрического периода;- search for the maximum among the values read during each electrical period;
- использование максимального значения, обнаруженного для расчета δopt, по формуле, определенной выше.- the use of the maximum value found for the calculation of δ opt , according to the formula defined above.
Аналоговый модуль 11 "pk_detect" и ступень 9 "gain_lpk" образуют первую аналого-цифровую ступень 6 для расчета оптимального значения δopt угла опережения напряжения Vs, приложенного относительно CEMF Es.The pk_detect analog module 11 and the gain_lpk stage 9 form the first analog-to-digital stage 6 to calculate the optimum value δ opt of the voltage advance angle Vs applied with respect to CEMF Es.
Как показано на фиг.3b, угол между приложенным напряжением Vs и фазным током Is известен как ϕ и является положительным, когда Vs опережает Is.As shown in FIG. 3b, the angle between the applied voltage Vs and the phase current Is is known as ϕ and is positive when Vs is ahead of Is.
При указании положительного δ, когда напряжение Vs опережает CEMF Es, и положительного γ, когда Is опережает CEMF Es, может быть записано основное соотношение, связывающее три угла, которое может быть получено при рассмотрении фиг.3b, то есть:By indicating a positive δ when the voltage Vs is ahead of the CEMF Es and a positive γ when Is is ahead of the CEMF Es, the basic relationship connecting the three angles that can be obtained by considering fig.3b, can be written, that is:
γ=δ-ϕ.γ = δ-ϕ.
Оптимальная стратегия управления, реализованная в контроллере 8, обеспечивает независимое управление приложенным напряжением Vs и частотой электрического тока, приложенной к электродвигателю 2.The optimal control strategy implemented in the
Оптимальное функционирование приводного модуля 1 достигается, как подробно описано ниже, путем расчета только угла "γ", отобранного при частоте электрического тока.The optimal functioning of the
Более конкретно, оптимальный КПД достигается при γ=0 и при минимальном поглощении тока.More specifically, optimal efficiency is achieved at γ = 0 and with minimal current absorption.
В первом варианте осуществления данного изобретения управление напряжением питания осуществляется независимо от контроля стабильности электродвигателя, то есть независимо от частоты.In a first embodiment of the invention, the supply voltage is controlled independently of the stability control of the electric motor, that is, independently of the frequency.
Управление напряжением выполняется так, что напряжение питания изменяется таким образом, что "γ" равен 0, как описано подробно ниже.The voltage control is performed so that the supply voltage changes so that "γ" is 0, as described in detail below.
В расчете γ, выполненном контроллером 8, используется вышеупомянутое соотношение между δ и ϕ, где δ заменен оптимальным значением вышеупомянутого угла δopt, рассчитанным контроллером 8, а ϕ измерен, таким образом:In the calculation γ performed by the
γact=δopt-ϕact.γ act = δ opt -ϕ act .
На практике, в данном решении "γ" не измеряется непосредственно, поскольку это привело бы к дорогостоящим решениям, но получается путем "непрямого" расчета δopt и прямого измерения ϕact.In practice, in this solution, “γ” is not directly measured, since this would lead to expensive solutions, but it is obtained by “indirect” calculation of δ opt and direct measurement of ϕ act .
Таким образом, приводной модуль 1 содержит вторую аналоговую/цифровую ступень 12 для измерения угла ϕact между напряжением Vs, приложенным к электродвигателю, и фазным током Is.Thus, the
Для достижения преимущества контроллер 8 запрограммирован для определения, с выборкой при частоте электрического тока, угла γact между фазным током Is и противоэлектродвижущей силой Es как разницы между оптимальным значением угла δopt опережения по фазе и углом ϕact между напряжением Vs, приложенным к электродвигателю и фазным током Is, измеренным измерительной ступенью 12.To achieve an advantage, the
При более подробном описании контроллер 8 содержит первый вычитающий узел 13, сообщающийся с первой аналоговой/цифровой ступенью 6 для приема, в качестве входного сигнала, оптимального значения угла δopt опережения, и со ступенью 12 для измерения угла ϕact для расчета разницы между δopt и ϕact и получения γact.In a more detailed description, the
Первая задача электроприводного модуля 1 состоит в поддержании оптимального КПД электромеханического преобразования.The first task of the
Как показано на фиг.1, контроллер 8 содержит интегратор 14, имеющий константу Ki интегрирования, выполненный для интегрирования угла "γact" между фазным током Is и противоэлектродвижущей силой Es и определения первого цифрового сигнала "Vs_act".As shown in FIG. 1, the
Другими словами, оптимальное управление приложенным напряжением основано на рассчитанном угле "γact".In other words, the optimal control of the applied voltage is based on the calculated angle γ act .
Операция интегрирования, выполнения интегратором 14, разницы "δopt-ϕact" такова, что разница "δopt-ϕact" становится равной нулю в условиях устойчивого состояния.Operation of integration,
На практике операция интегрирования гарантирует, что в условиях устойчивого состояния "δopt=ϕact" и, как следствие, "Vs_act" устанавливается на значении, согласуемом с векторной диаграммой, показанной на фиг.4, относительно оптимального функционирования схемы, показанной на фиг.2, то есть минимального фазного тока для получения определенного крутящего момента.In practice, the integration operation ensures that, under steady state conditions, "δ opt = ϕ act " and, as a result, "Vs_act" is set to a value consistent with the vector diagram shown in FIG. 4, with respect to the optimal functioning of the circuit shown in FIG. 2, that is, the minimum phase current to obtain a certain torque.
Предпочтительно, операция интегрирования выполняется в цифровом формате контроллером 8.Preferably, the integration operation is performed in digital format by the
На практике управление происходит путем измерения пиковой фазы 1 (из которой получают δopt) и измерения угла "ϕact”.In practice, control is performed by measuring peak phase 1 (from which δ opt is derived) and measuring the angle ϕ act ”.
Комбинация "δopt" и “ϕact” дает "γact", который после интегрирования предоставляет напряжение питания.The combination of "δ opt " and "ϕ act " gives "γ act ", which after integration provides the supply voltage.
Вторая задача состоит в стабилизации приводного модуля 1.The second task is to stabilize the
Контроллер 8 запрограммирован для расчета вышеупомянутого второго цифрового сигнала "freq_act" как разницы между значением эталонной частоты "freq_set" и поправочным коэффициентом Δfreq, пропорциональным углу "γact" между фазным током Is и противоэлектродвижущей силой Es.The
Частота "freq_set" устанавливается снаружи контроллера 8 посредством вышеупомянутого интерфейса для управления или внутри контроллера 8, как подробно описано ниже.The freq_set frequency is set outside the
Контроллер 8 содержит первый расчетный модуль 15, выполненный для расчета частоты "freq_set".The
Контроллер 8 содержит второй расчетный модуль 16, принимающий, в качестве входного сигнала, угол "γact" между фазным током Is и противоэлектродвижущей силой Es для применения константы Kp пропорциональности для получения поправочного коэффициента "Δfreq", пропорционального углу "γact".The
Контроллер 8 содержит второй вычитающий узел 17, сообщающийся с первым расчетным модулем 15 для приема, в качестве входного сигнала, значения "freq_set", и со вторым расчетным модулем 16 для приема, в качестве входного сигнала, поправочного коэффициента "Δfreq", и расчета второго цифрового сигнала "freq_act" как разницы между значением "freq_set" и значением поправочного коэффициента "Δfreq".The
Из литературы известно (см., например, A Sensoriess, Stable V/f Control Method for Permanent-Magnet Synchronous Motor Drives" - IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 3, May/June 2003), что синусоидальные приводные модули на основе приложения напряжения и частоты к приводам синхронного электродвигателя с постоянными магнитами демонстрируют "системную" нестабильность скорости вращения, что можно показать путем анализа уравнений, описывающих динамические характеристики электродвигателя - уравнения напряжения и уравнения крутящего момента.It is known from the literature (see, for example, A Sensoriess, Stable V / f Control Method for Permanent-Magnet Synchronous Motor Drives "- IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 3, May / June 2003) that sinusoidal drives modules based on the application of voltage and frequency to the drives of a permanent magnet synchronous electric motor demonstrate "system" instability of rotation speed, which can be shown by analyzing equations describing the dynamic characteristics of the electric motor - voltage equations and torque equations.
Нестабильность проявляет себя в колебаниях угла "δ" при хорошо определимой частоте, зависящей от инерционности нагрузки, KE двигателя и его синхронного индуктивного сопротивления Ls. При этом было продемонстрировано, что путем модуляции частоты, приложенной пропорционально возмущениям входной мощности двигателя, колебания угла "δ" погашаются.Instability manifests itself in fluctuations of the angle "δ" at a well-defined frequency, depending on the inertia of the load, K E of the motor and its synchronous inductance Ls. At the same time, it was demonstrated that by modulating the frequency applied in proportion to the disturbances in the input power of the engine, the fluctuations in the angle "δ" are suppressed.
Согласно данному изобретению, колебания угла "δ" погашаются, то есть стабилизирующий эффект достигается путем введения пропорциональной поправки "Δfreq" в "γact" частоты "freq_set" согласно константе Kp пропорциональности.According to this invention, the oscillations of the angle "δ" are canceled, that is, the stabilizing effect is achieved by introducing a proportional correction "Δfreq" in the "γ act " frequency "freq_set" according to the constant Kp of proportionality.
Поправка вносится через второй вычитающий узел 17 (см. фиг.1).The correction is made through the second subtracting node 17 (see figure 1).
Поскольку "γact" получен посредством простой выборки при частоте электрического тока, то, в отличие от уровня техники, в качестве контроллера может быть использован дешевый микроконтроллер на 8 бит.Since "γ act " is obtained by simple sampling at an electric current frequency, unlike the prior art, a cheap 8-bit microcontroller can be used as a controller.
Поскольку в условиях устойчивого состояния "γact" стремится к нулю, устанавливая оптимальное управление приложенным напряжением Vs как описано выше, то приводной модуль 1 гарантирует, что скорость, установленная при помощи вышеуказанного внешнего интерфейса, не изменяется на поправочный коэффициент "Δfreq" при стационарных условиях (устойчивое состояние).Since in the conditions of steady state, γ act tends to zero, establishing optimal control of the applied voltage Vs as described above, the
Рассматривая более подробно аналоговую/цифровую ступень 12 для измерения угла ϕact между напряжением Vs, приложенным к электродвигателю, и фазным током Is, следует отметить, что данная ступень содержит аналоговый модуль 18, известный как "zc_E-I_detect", для детектирования перехода через ноль тока первой фазы электродвигателя 2, например фазы, обозначенной U, и цифровой модуль 19, известный как "fi_calc", внутри контроллера 8.Considering in more detail the analog /
Аналоговый модуль 18 генерирует, в качестве выходного сигнала, третий цифровой сигнал "zc_E-I_phaseU", переход которого, выполненный по типу "высокий-низкий", определяет, в первой рабочей конфигурации, описанной далее более подробно, переход через ноль тока в первой фазе U.The
Как показано, в частности, на фиг.1 и 5, приводной модуль 1 содержит внутри контроллера 8, предпочтительно для функций, описанных подробно далее, разрешающий модуль 20 аналогового модуля 18.As shown in particular in FIGS. 1 and 5, the
Разрешающий модуль 20 генерирует высокий или низкий разрешающий сигнал “zce_run_on_fly".The
Имеется вышеупомянутая первая рабочая конфигурация аналогового модуля 18, когда разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" является высоким, а также вторая рабочая конфигурация аналогового модуля 18, когда разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" является низким.There is the aforementioned first operational configuration of the
Согласно показанному варианту осуществления изобретения, когда разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" сохраняется в значении "высокий", в первой рабочей конфигурации, аналоговому модулю 18 дано разрешение на считывание перехода через ноль фазного тока Is.According to the shown embodiment, when the enable signal “zce_run_on_fly” is kept at “high”, in the first operating configuration, the
Когда разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" сохраняется в значении "низкий", во второй рабочей конфигурации, аналоговому модулю 18 дано разрешение на считывание перехода через ноль противоэлектродвижущей силы.When the enable signal zce_run_on_fly is kept low, in the second operating configuration, the
Первое и второе рабочие состояния описаны более подробно ниже.The first and second operating states are described in more detail below.
Контроллер 8 содержит первое девиаторное программное обеспечение sw1 для управления разрешающим модулем 20.The
Первое девиаторное программное обеспечение sw1 управляется посредством пятого цифрового сигнала "bridge_enabled", генерируемого контроллером 8.The first deviator software sw1 is controlled by the fifth digital bridge_enabled signal generated by the
Низкий логический уровень "zce_run_on_fly" активируется, только если контроллер 8 проверил, что модулятор 5 не управляет любым из шести полевых МОП-транзисторов Q_high_U, Q_low_U, Q_high_V, Q_low_V и Q_high_W, Q_low_W трехфазного моста 3, и наоборот, когда разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" является высоким.The low logic level “zce_run_on_fly” is activated only if the
Как показано на фиг.5, аналоговый модуль 18 содержит первый вход, сообщающийся с электродом "d" стока низковольтного полевого МОП-транзистора Q_low_U, являющегося частью питающей ветви инвертора 3 первой фазы U электродвигателя 2, второй вход, сообщающийся с электродом "s" истока низковольтного полевого МОП-транзистора Q_low_U, третий вход, сообщающийся с электродом "g" затвора низковольтного полевого МОП-транзистора Q_low_U, и четвертый разрешающий вход, сообщающийся с разрешающим модулем 20 для приема разрешающего сигнала "zce_run_on_fly".As shown in figure 5, the
В основном входными сигналами аналогового модуля "zc_E-I_detect" являются:The main input signals of the analog module "zc_E-I_detect" are:
- напряжение стока-истока одного из низковольтных полевых МОП-транзисторов (Q_low_U на фиг.1);- drain-source voltage of one of the low-voltage field-effect MOSFETs (Q_low_U in figure 1);
- напряжение затвора полевого МОП-транзистора Q_low_U,;- gate voltage of the MOSFET Q_low_U ,;
- разрешающий сигнал, известный как "zce_run_on_fly".- enable signal, known as "zce_run_on_fly".
Как упомянуто выше, аналоговый модуль 18 предназначен для детектирования переходя через ноль тока первой фазы U электродвигателя 2 в соответствии с падением напряжения между первым и вторым входами, когда разрешающий сигнал является высоким.As mentioned above, the
Как показано на фиг.5, аналоговый модуль 18 содержит исключительно дешевые компараторы.As shown in FIG. 5, the
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном для примера, аналоговый модуль 18 содержит первый компаратор "СОМР_1", второй компаратор "СОМР_2" и третий компаратор "СОМР_3".In a preferred embodiment, shown by way of example, the
Как упомянуто выше, аналоговый модуль 18 генерирует, в качестве выходного сигнала, цифровой сигнал "zc_E-I_phaseU", переход которого, выполненный по типу "высокий-низкий", выполнен для определения перехода (zc) через ноль тока в одной из фаз электродвигателя (на функциональной схеме, показанной на фиг.1, это ток в фазе U) в первой рабочей конфигурации.As mentioned above, the
Первый и второй компараторы "СОМР_1" и "СОМР_2" имеют свои выходы, выполненные по типу "свободный коллектор" и замкнутые накоротко, причем они обеспечивают выход в формате логическое "И" (AND). Первый компаратор "СОМР_1" считывает падение напряжения в полевом МОП-транзисторе Q_low_U как при его работе, когда показание падения напряжения пропорционально току, так и при его модулировке, когда показание падения напряжения теряет любую корреляцию с током, циркулирующим в фазе U.The first and second comparators "СОМР_1" and "СОМР_2" have their own outputs, made as a "free collector" and short-circuited, and they provide an output in the logical AND format (AND). The first comparator "СОМР_1" reads the voltage drop in the MOSFET Q_low_U both during its operation, when the voltage drop reading is proportional to the current, and when it is modulated, when the voltage drop reading loses any correlation with the current circulating in phase U.
Общий выход первого и второго компараторов "СОМР_1", "СОМР_2" обозначен "ZC".The total output of the first and second comparators "COMR_1", "COMR_2" is indicated by "ZC".
Второй компаратор "СОМР_2", соединенный в логическом "И" с "СОМР_1", и приводимый в действие сигналом затвора полевого МОП-транзистора, устраняет, на выходе ZC, показания нежелаемой части падения напряжения на полевом МОП-транзисторе Q_low_U, оставляя для третьего компаратора "СОМР_3" только функцию фильтра, пропускающего нижние частоты, и компаратора гистерезиса.The second comparator "COMP_2", connected in the logical "AND" to "COMP_1", and driven by the gate signal of the MOSFET, eliminates, at the output of ZC, the indication of the undesired part of the voltage drop on the MOSFET Q_low_U, leaving for the third comparator "COMR_3" is only a function of a low-pass filter and a hysteresis comparator.
Таким образом, третий компаратор "СОМР_3" определяет переход через ноль тока с высоким отношением "сигнал-шум".Thus, the third comparator "СОМР_3" determines the transition through zero current with a high signal-to-noise ratio.
Диаграмма сигналов (напряжений и токов), полученных из моделирований схем, которые описывают функционирование цепи, показана на фиг.6.A diagram of the signals (voltages and currents) obtained from simulations of circuits that describe the operation of the circuit is shown in Fig.6.
Кривая "А" описывает кривую перехода через ноль, то есть сигнал "zc_E-I_phaseU", в частности переход через ноль в текущей фазе.Curve "A" describes the zero-crossing curve, that is, the signal "zc_E-I_phaseU", in particular the zero-crossing in the current phase.
Кривая "В" описывает кривую вышеупомянутого сигнала ZC на общем выходе "COMP_1" и "СОМР_2".Curve "B" describes the curve of the aforementioned signal ZC at the common output "COMP_1" and "COMP_2".
Кривая "С" описывает ток, протекающий через полевой МОП-транзистор Q_low_U, являющийся положительным при работе полевого МОП-транзистора.Curve "C" describes the current flowing through the MOSFET Q_low_U, which is positive when the MOSFET is operating.
Кривая "D" описывает напряжение Vds на полевом МОП-транзисторе Q_low_U.Curve "D" describes the voltage Vds on the MOSFET Q_low_U.
На практике аналоговый модуль 18 выполняет синхронизированное считывание на электроде затвора полевого МОП-транзистора Q_low_U.In practice, the
Использование напряжения стока-истока на низковольтном полевом МОП-транзисторе Q_low_U предоставляет, в первой рабочей конфигурации, знак тока фазы U.Using the drain-source voltage on a low-voltage MOSFET Q_low_U provides, in the first operating configuration, a sign of the phase current U.
Выполненное считывание является дифференциальным считыванием "виртуальной земли", поскольку оно выполняется на низковольтном полевом МОП-транзисторе Q_low_U.The read performed is a differential read of the "virtual ground", since it is performed on the Q_low_U low-voltage MOSFET.
Следует отметить, что, таким образом, для определения переходов тока через ноль нет необходимости ни в датчиках на эффекте Холла, ни в синфазных усилителях.It should be noted that, therefore, to determine the current transitions through zero, there is no need for Hall effect sensors or in-phase amplifiers.
Как показано на фиг.5, в варианте осуществления изобретения, изображенном для примера, аналоговый модуль 18 "zc_E-I_detect" содержит, последовательно с неинвертирующим входом "СОМР_1", соединенным со стоком Q_low_U, резистор Rd и защитную цепь 21, образованную двумя диодами, соединенными в антипараллель.As shown in FIG. 5, in the exemplary embodiment, the
Инвертирующий вход "СОМР_1" имеет в последовательном соединении резистор Rs и защитную цепь 22, также образованную двумя диодами, соединенными в антипараллель.The inverting input "COMP_1" has a resistor Rs and a
Модуль 18 содержит резистор Rg в последовательном соединении с неинвертирующим входом второго компаратора "СОМР_2" и нагрузочный повышающий резистор.
На общем выходе "СОМР_1" и "СОМР_2" также предусмотрен нагрузочный повышающий резистор R6.At the common output "COMP_1" and "COMP_2", a load-boosting resistor R6 is also provided.
Компаратор "СОМР_3" установлен, согласно уровню техники, не описанному в данном документе, для образования, как упомянуто выше, компаратора гистерезиса.The comparator "COMR_3" is set, according to the prior art, not described in this document, for the formation, as mentioned above, of a hysteresis comparator.
Вышеупомянутый цифровой модуль 19 содержит таймер 26 и сообщается с выходом аналогового модуля 18 для получения, в качестве входного сигнала, третьего цифрового сигнала "zc_E-I_phaseU".The aforementioned
Цифровой модуль 19 сообщается с вышеупомянутым модулятором 5 для приема, в качестве входного сигнала, четвертого цифрового сигнала "zc_V_phaseU", переход которого, выполненный по типу "высокий-низкий", определяет переход через ноль напряжения, приложенного к первой фазе U электродвигателя 2.The
Цифровой модуль 19 измеряет, посредством таймера 26, период "Тϕ" времени между переходом через ноль напряжения, приложенного к первой фазе, и перехода через ноль тока в первой фазе, из сигнала "zc_E-I_phaseU", и получает угол ϕact между напряжением Vs, приложенным к электродвигателю 2, и фазного тока Is из измерения периода "Тϕ" времени на основании второго цифрового сигнала, по формуле: ϕact=2·π·freq_act·Tϕ.The
Если в предыдущей формуле "freq_act" выражена в Гц и "Тϕ" в секундах, то "ϕ" выражается в "электрических" радианах.If in the previous formula “freq_act” is expressed in Hz and “T ϕ ” in seconds, then “ϕ” is expressed in “electric” radians.
Другими словами, находящийся в контролере 8 цифровой модуль 19 принимает, в качестве входного сигнала, цифровой сигнал "zc_E-I_phaseU" и измеряет, посредством таймера 26, период "Тϕ" времени между переходом через ноль фазового напряжения, приложенного к фазе U, и переходом через ноль тока в фазе U (переход по типу "высокий-низкий" сигнала "zc_E-I_phaseU"). При этом момент перехода через ноль напряжения, приложенного к фазе U, получают посредством традиционных методов внутри модулятора 5: угол "ϕact" выводят из измерения вышеупомянутого периода времени на основании значения частоты электрического тока, обозначенной "freq_act", согласно вышеупомянутой формуле.In other words, the
Существуют рабочие условия, при которых вышеупомянутый вентилятор 7 вращается в направлении, соответствующем направлению при нормальной эксплуатации, даже если двигатель 2, приводящий его в движение, не находится под напряжением. В данных условиях может быть запрошена так называемая функция "поймать вращение ротора".There are operating conditions under which the aforementioned fan 7 rotates in a direction corresponding to that during normal operation, even if the
Чтобы избежать появления чрезвычайно вредных переходных экстратоков (например, в случае форсированного повторного запуска электродвигателя от нулевой скорости), приводной модуль 1 имеет систему для считывания CEMF.To avoid the occurrence of extremely harmful transient extracurrents (for example, in the case of forced restart of the motor from zero speed), the
Для обеспечения данного считывания приводной модуль 1 содержит дополнительный резистор, известный как "Rzc_fcem_run_on_fly", со значением, равным Rd, на фазе с задержкой в 120 электрических градусов (фаза W на схеме, показанной на фиг.1), относительно которой и на которой происходит считывание перехода тока через ноль (фаза U в случае данного примера).To ensure this reading, the
Если запрашивается функция "поймать вращение ротора", то входной сигнал "zce_run_on_fly" ступени "zc_E-I_detect" управляется на "низком" логическом уровне посредством девиаторного программного обеспечения "sw1", управляемого сигналом "bridge_enabled" внутри контроллера 8, образуя вышеупомянутую вторую рабочую конфигурацию аналогового модуля 18.If the "catch rotor rotation" function is requested, then the input signal "zce_run_on_fly" of the step "zc_E-I_detect" is controlled at the "low" logic level by the deviator software "sw1" controlled by the signal "bridge_enabled" inside the
Было показано, с использованием схемотехнического анализа системы с трехфазным мостом 3, имеющим высокий импеданс (двигатель 2 не находится под напряжением), что переход "высокий-низкий" выходного сигнала "zc_E-I_phaseU" ступени "zc_E-I_detect" совпадает с переходом через ноль (от отрицательного к положительному) напряжения между двумя клеммами U и W (положительное, когда VU превышает VW).It was shown, using the circuit analysis of a system with a three-
Между вышеупомянутым переходом через ноль и переходом через ноль CEMF фазы U есть 30 электрических градусов, используемых для вышеупомянутых расчетов оптимального напряжения, прикладываемого при эксплуатации, когда на двигатель подано напряжение.Between the aforementioned zero crossing and the zero crossing CEMF of phase U there are 30 electrical degrees used for the above calculations of the optimum voltage applied during operation when voltage is applied to the motor.
Другими словами, система для считывания CEMF основана на связанном считывании CEMF между фазами U и W.In other words, the CEMF reading system is based on the associated reading of CEMF between phases U and W.
Моделирование схемы, подтверждающее вышесказанное, приведено на фиг.7.Modeling of the circuit, confirming the above, is shown in Fig.7.
В левой части, касающейся ситуации, при которой мост 3 включен, можно видеть кривую "А", описывающую кривую перехода через ноль, то есть сигнал "zc_E-I_phaseU", в частности кривую перехода через ноль фазного тока, и кривую "С", описывающую ток, проходящий через фазу U, положительный при выходе из двигателя.On the left side, regarding the situation in which the
В правой части, в которой мост 3 выключен или в него не подано напряжение (кривая "С" при нуле), кривая "А" представляет кривую сигнала "zc_E-I_phaseU", представляющую переходы CEMF через ноль.On the right side, in which
Сигнал "zc_E-I_phaseU", который можно использовать для определения перехода CEMF через ноль для мягкой "ловли вращения ротора", является тем же сигналом, используемым для определения перехода через ноль фазного тока, когда "bridge_enabled" находится на "высоком" логическом уровне.The signal "zc_E-I_phaseU", which can be used to determine the transition of CEMF through zero for soft "catching the rotation of the rotor", is the same signal used to determine the transition through zero of the phase current when the "bridge_enabled" is at a "high" logic level.
В правой части диаграммы, показанной на фиг.7, также изображена кривая "G", представляющая кривую CEMF, связанную между фазами U и W, кривая "Н", представляющая кривую напряжения стока-истока в полевом МОП-транзисторе Q_low_U с выключенным мостом 3, и кривая "L", представляющая кривую CEMF Es фазы U.The right side of the diagram shown in FIG. 7 also shows a “G” curve representing a CEMF curve connected between phases U and W, a “H” curve representing a drain-source voltage curve in a Q_low_U MOSFET with
В случае вентилятора 7, вращающегося в направлении, соответствующем направлению при нормальной эксплуатации, и питающего двигатель 2 при его вращении, когда напряжение не подано, то есть когда он выполняет вышеуказанную функцию "поймать вращение ротора" с получением плавного ускорения, необходимо:In the case of a fan 7, rotating in the direction corresponding to the direction during normal operation, and supplying the
- приложить начальное напряжение Vs. равное CEMF, созданной двигателем, на который не подано напряжение;- attach the initial voltage Vs. equal to CEMF created by the motor, which is not energized;
- приложить начальную частоту, соответствующую скорости вращения двигателя в момент подачи напряжения.- attach the initial frequency corresponding to the engine speed at the time of voltage supply.
Вышеупомянутый расчетный модуль 15 содержит модуль 24, известный как "freq_calc" и находящийся в контроллере 8, для определения значения "freq_set", применяемого в случае использования функции "поймать вращение ротора".The
Модуль 24 принимает, в качестве входного сигнала, сигнал "zc_E-I_phaseU" из аналогового модуля 18.
Модуль "freq_calc" содержит таймер 25 для измерения времени Tfly между двумя последовательными переходами "высокий-низкий" сигнала "zc_E-I_phaseU".The freq_calc module contains a
Модуль "freq_calc" рассчитывает частоту F_fly=1/Tfly, соответствующую вышеупомянутому времени для приложения рассчитанной величины, обозначенной "freq_fly", в качестве начального значения "freq_set" для случая применения функции "поймать вращение ротора".The freq_calc module calculates the frequency F_fly = 1 / Tfly corresponding to the aforementioned time for applying the calculated value denoted by freq_fly as the initial value of freq_set for the case of using the catch rotor rotation function.
Как показано, приводной модуль 1 содержит второе девиаторное программное обеспечение sw2, управляемое посредством сигнала "bridge_enabled" для придания значения "freq_fly" частоте "freq_set" в случае, в котором мост 3 выключен. Когда мост 3 включен, "freq_set" соответствует значению, установленному вышеупомянутым внешним интерфейсом - "freq_set_run".As shown, the
При наличии вышеупомянутого вычитающего узла 17, во избежание нежелательных переходов на "freq_act", приводной модуль 1 содержит третье девиаторное программное обеспечение "sw3" (фиг.1), управляемое посредством сигнала "bridge_enabled" для контекстного обнуления входа второго расчетного модуля 16.In the presence of the
На практике цепь "zc_E-I_detect" измеряет частоту электрического тока, соответствующую скорости двигателя, к которому не приложено напряжение, и затем обеспечивает возможность синхронизации "freq_set" во избежание повторного запуска двигателя от нулевой скорости.In practice, the zc_E-I_detect circuit measures the frequency of the electric current corresponding to the speed of the motor to which no voltage is applied, and then provides the freq_set synchronization to prevent the motor from restarting from zero speed.
Имея сигнал "freq_fly" и помня о том, что память контроллера 8 хранит значение константы KE0 CEMF, температурный коэффициент αmag и эталонную температуру T0mag постоянных магнитов, а также о том, что контроллер 8 получает текущую температуру Tmag магнитов от датчика 10, контроллер 8 рассчитывает значение "Vs_act", прикладываемое первоначально.Having the signal "freq_fly" and remembering that the memory of
Определив и "задействовав" начальные значения "Vs_act" и "freq_act", прикладываемые к двигателю, контроллер 8, переустановив сигнал "bridge_enabled" на "высокий", способен возвращать разрешающий сигнал "zce_run_on_fly" на логический уровень "высокий" и выполнять вышеупомянутые операции по оптимальному и стабильному запуску в действие (операция интегрирования γact для достижения оптимального напряжения и восстановления пропорционального действия с γact для поправки "freq_set" в целях стабильности). Наличие вышеупомянутого резистора "Rzc_fcem_run_on_fly" никак не влияет на функционирование системы, когда "zce_run_on_fly" находится на логическом уровне "высокий", и не приводит к какому-либо избыточному дополнительному поглощению тока приводного устройства, когда для приводного устройства нет необходимости запускать управляющее воздействие "freq_set_run".Having determined and "activated" the initial values "Vs_act" and "freq_act" applied to the engine,
Claims (7)
- электродвигатель (2) с постоянными магнитами,
- инвертор (3), питающий электродвигатель (2),
- ступень (4) постоянного тока, питающую инвертор,
- модулятор (5), приводящий в действие инвертор,
- контроллер (8), управляющий модулятором (5) посредством первого цифрового сигнала (Vs_act), представляющего амплитуду фазовых напряжений (Vs), прикладываемых к электродвигателю (2), и посредством второго цифрового сигнала (freq_act), представляющего частоту электрического тока в фазовых напряжениях, прикладываемых к электродвигателю (2), на основании эталонной частоты (freq_set), установленной снаружи или внутри контроллера (8), причем приводной модуль содержит:
- первую аналоговую/цифровую ступень (6) для расчета оптимального значения угла (δopt) опережения по фазе напряжения (Vs), приложенного к электродвигателю (2) относительно противоэлектродвижущей силы (Es),
- вторую аналоговую/цифровую ступень (12) для измерения угла (ϕact) между напряжением (Vs), приложенным к электродвигателю, и фазным током (Is),
отличающийся тем, что он содержит температурный датчик (10), расположенный вблизи постоянных магнитов и в сообщении с первой аналоговой/цифровой ступенью (6) для предоставления первой аналоговой/цифровой ступени (6) информации относительно температуры постоянных магнитов, причем первая аналоговая/цифровая ступень (6) выполнена с возможностью расчета оптимального значения угла (δopt) опережения по фазе как линейной функции пикового значения фазного тока (Is) согласно следующему уравнению:
где "Ls" является синхронным индуктивным сопротивлением электродвигателя, выраженным в Генри, "р" является количеством полюсов электродвигателя, "Kcorr" является поправочным коэффициентом со значением больше 1 и меньше 1,2, "KE0" является противоэлектродвижущей силой, представляющей собой константу при эталонной температуре "T0mag" постоянных магнитов, "αmag" является коэффициентом вариации температуры постоянных магнитов при остаточной индукции, "Tmag" является температурой постоянных магнитов, измеренной температурным датчиком (10), причем контроллер (8) запрограммирован для
- определения, с выборкой при частоте электрического тока, угла γact между фазным током (Is) и противоэлектродвижущей силой (Es) как разницы между вышеупомянутым оптимальным значением угла (δopt) опережения по фазе и углом (ϕact), измеренным между напряжением (Vs), приложенным к электродвигателю (2), и фазным током (Is).1. An electric drive module comprising:
- an electric motor (2) with permanent magnets,
- inverter (3) supplying an electric motor (2),
- DC stage (4) supplying the inverter,
- a modulator (5) driving the inverter,
- a controller (8) controlling the modulator (5) by means of a first digital signal (Vs_act) representing the amplitude of the phase voltages (Vs) applied to the electric motor (2), and by means of a second digital signal (freq_act) representing the frequency of the electric current in the phase voltages applied to the electric motor (2) based on a reference frequency (freq_set) installed outside or inside the controller (8), the drive module comprising:
- the first analog / digital stage (6) for calculating the optimum value of the angle (δ opt ) of the lead in phase voltage (Vs) applied to the electric motor (2) relative to the anti-electromotive force (Es),
- a second analog / digital stage (12) for measuring the angle (ϕ act ) between the voltage (Vs) applied to the electric motor and the phase current (Is),
characterized in that it comprises a temperature sensor (10) located near the permanent magnets and in communication with the first analog / digital stage (6) to provide the first analog / digital stage (6) with information regarding the temperature of the permanent magnets, the first analog / digital stage (6) is configured to calculate the optimum phase advance angle (δ opt ) as a linear function of the peak value of the phase current (Is) according to the following equation:
where "Ls" is the synchronous inductance of the electric motor, expressed in Henry, "p" is the number of poles of the electric motor, "K corr " is a correction factor with a value greater than 1 and less than 1.2, "K E0 " is the counter electromotive force, which is a constant at a reference temperature “T 0mag ” of permanent magnets, “α mag ” is the coefficient of variation of the temperature of the permanent magnets with residual induction, “T mag ” is the temperature of the permanent magnets measured by the temperature sensor (10), and troller (8) is programmed for
- determining, with a sample at the frequency of the electric current, the angle γ act between the phase current (Is) and the anti-electromotive force (Es) as the difference between the aforementioned optimal value of the phase advance angle (δopt) and the angle (ϕ act ) measured between the voltage (Vs ) applied to the electric motor (2) and phase current (Is).
- интегрирования угла (γact) между фазным током (Is) и противоэлектродвижущей силой (Es) для определения первого цифрового сигнала (Vs_act).2. The electric drive module according to claim 1, wherein the controller (8) comprises an integrator (14) for
- integrating the angle (γ act ) between the phase current (Is) and the anti-electromotive force (Es) to determine the first digital signal (Vs_act).
причем приводной модуль содержит разрешающий модуль (20) аналогового модуля (18), генерирующий высокий или низкий разрешающий сигнал (zce_run_on_fly) и сообщающийся с четвертым входом для передачи разрешающего сигнала (zce_run_on_fly) в аналоговый модуль (18), при этом аналоговый модуль (18) приводится в действие посредством третьего входа и выполнен с возможностью детектирования перехода через ноль тока (Is) в первой фазе (U) электродвигателя (2) на основании падения напряжения между первым и вторым входами, причем переход типа "высокий-низкий" третьего цифрового сигнала (zc_E-I_phaseU) определяет переход через ноль, при высоком разрешающем сигнале (zce_run_on_fly), тока в первой фазе (U), когда включен инвертор (3).4. The drive module according to claim 1 or 2, in which the second analog / digital stage (12) comprises an analog module (18) generating, as an output, a third digital signal (zc_E-I_phaseU) and having a first input in communication with the electrode drain of the low-voltage MOSFET (Q_low_U) of the supply branch of the inverter (3) of the first phase (U) of the electric motor (2), the second input communicating with the source electrode of the low-voltage MOSFET (Q_low_U), the third input communicating with the gate electrode of the low-voltage field MOSFET (Q_low_U), fourth resolution yuschy input,
moreover, the drive module contains a resolution module (20) of the analog module (18), generating a high or low resolution signal (zce_run_on_fly) and communicating with the fourth input for transmitting the resolution signal (zce_run_on_fly) to the analog module (18), while the analog module (18) is driven by a third input and is configured to detect a transition through zero current (Is) in the first phase (U) of the motor (2) based on a voltage drop between the first and second inputs, the high-low transition of the third digitally th signal (zc_E-I_phaseU) determines the transition through zero, at a high resolution signal (zce_run_on_fly), of the current in the first phase (U) when the inverter (3) is turned on.
при этом приводной модуль содержит:
- резистор (Rzc_fcem_run_on_fly) на второй фазе (W) с задержкой 120 электрических градусов относительно первой фазы (U),
- разрешающий модуль (20) аналогового модуля (18), генерирующий высокий или низкий разрешающий сигнал (zce_run_on_fly) и сообщающийся с четвертым входом для передачи разрешающего сигнала (zce_run_on_fly) в аналоговый модуль (18), при этом аналоговый модуль (18) содержит:
- резистор, включенный последовательно с первым входом со значением, равным значению резистора (Rzc_fcem_run_on_fly) на второй фазе (W), приводящийся в действие посредством третьего входа и выполненный с возможностью детектирования перехода через ноль противоэлектродвижущей силы, связанной между первой фазой (U) и второй фазой (W), при низком разрешающем сигнале (zce_run_on_fly) и выключенном инверторе (3).5. The drive module according to claim 1 or 2, in which the second analog / digital stage (12) contains an analog module (18), generating, as an output, a third digital signal (zc_E-I_phaseU) and having a first input in communication with the electrode drain of the low-voltage MOSFET (Q_low_U) of the supply branch of the inverter (3) of the first phase (U) of the electric motor (2), the second input communicating with the source electrode of the low-voltage MOSFET (Q_low_U), the third input communicating with the gate electrode of the low-voltage field MOSFET (Q_low_U), fourth resolution yuschy input,
wherein the drive module contains:
- a resistor (Rzc_fcem_run_on_fly) in the second phase (W) with a delay of 120 electrical degrees relative to the first phase (U),
- enable module (20) of the analog module (18) generating a high or low resolution signal (zce_run_on_fly) and communicating with the fourth input for transmitting the enable signal (zce_run_on_fly) to the analog module (18), while the analog module (18) contains:
- a resistor connected in series with the first input with a value equal to the value of the resistor (Rzc_fcem_run_on_fly) in the second phase (W), driven by the third input and configured to detect the transition through zero of the anti-electromotive force connected between the first phase (U) and the second phase (W), with a low resolution signal (zce_run_on_fly) and the inverter (3) turned off.
- первый расчетный модуль (15), сообщающийся с аналоговым модулем (18) для приема, в качестве входа, третьего цифрового сигнала (zc_E-I_phaseU) и расчета частоты (freq_fly) электрического тока, соответствующей времени между двумя последовательными переходами типа "высокий-низкий" третьего цифрового сигнала (zc_E-I_phaseU),
- контроллер (8), запрограммированный для придания значения эталонной частоте (freq_set), равного частоте (freq_fly) электрического тока, соответствующей времени между двумя последовательными переходами типа "высокий-низкий" третьего цифрового сигнала (zc_E-I_phaseU), причем, когда инвертор (3) выключен, установка эталонной частоты (freq_set) происходит внутри контроллера (8).6. The electric drive module according to claim 5, in which the controller (8) contains:
- the first calculation module (15), communicating with the analog module (18) for receiving, as an input, the third digital signal (zc_E-I_phaseU) and calculating the frequency (freq_fly) of the electric current corresponding to the time between two successive high-low transitions "the third digital signal (zc_E-I_phaseU),
- controller (8), programmed to give the value of the reference frequency (freq_set) equal to the frequency (freq_fly) of the electric current corresponding to the time between two successive high-low transitions of the third digital signal (zc_E-I_phaseU), and when the inverter ( 3) off, setting the reference frequency (freq_set) occurs inside the controller (8).
причем разрешающий модуль (20) управляется посредством пятого цифрового сигнала (bridge_enabled) для придания высокого значения разрешающему сигналу (zce_run_on_fly), когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет высокий логический уровень, или для придания низкого значения разрешающему сигналу (zce_run_on_fly), когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет низкий логический уровень,
при этом расчетный модуль (15) управляется посредством пятого цифрового сигнала (bridge_enabled) для придания эталонной частоте (freq_set) значения, равного частоте (freq_fly) электрического тока, соответствующей времени между двумя последовательными переходами типа "высокий-низкий" третьего цифрового сигнала (zc_E-I_phaseU), когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет низкий логический уровень, или придания эталонной частоте (freq_set) заранее установленного значения (freq_set_run) частоты, когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет высокий логический уровень,
причем установка эталонной частоты (freq_set) происходит внутри контроллера (8), когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет низкий логический уровень, и снаружи контроллера (8), когда пятый цифровой сигнал (bridge_enabled) имеет высокий логический уровень. 7. The drive module according to claim 6, in which the controller (8) is configured to generate a fifth digital signal (bridge_enabled) that takes a high logic level, if the modulator (5) controls at least one branch of the inverter (3), and a low logic level if all branches of the inverter (3) are disconnected,
moreover, the resolution module (20) is controlled by the fifth digital signal (bridge_enabled) to give a high value to the resolution signal (zce_run_on_fly) when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a high logic level, or to give a low value to the resolution signal (zce_run_on_fly) when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a low logic level,
wherein the calculation module (15) is controlled by the fifth digital signal (bridge_enabled) to give the reference frequency (freq_set) a value equal to the frequency (freq_fly) of the electric current corresponding to the time between two successive high-low transitions of the third digital signal (zc_E- I_phaseU) when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a low logic level, or giving the reference frequency (freq_set) a predetermined frequency value (freq_set_run), when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a high logic level,
moreover, the setting of the reference frequency (freq_set) occurs inside the controller (8) when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a low logic level, and outside the controller (8) when the fifth digital signal (bridge_enabled) has a high logical level.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT000340A ITBO20110340A1 (en) | 2011-06-13 | 2011-06-13 | ELECTRIC DRIVE |
ITBO2011A000340 | 2011-06-13 | ||
PCT/IB2012/052973 WO2012172488A1 (en) | 2011-06-13 | 2012-06-13 | Electric drive unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013158053A RU2013158053A (en) | 2015-07-20 |
RU2592264C2 true RU2592264C2 (en) | 2016-07-20 |
Family
ID=44555183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013158053/07A RU2592264C2 (en) | 2011-06-13 | 2012-06-13 | Electrically driven module |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9071180B2 (en) |
EP (1) | EP2719071B1 (en) |
JP (1) | JP6050339B2 (en) |
KR (1) | KR101904366B1 (en) |
CN (1) | CN103688462B (en) |
BR (1) | BR112013032054A2 (en) |
ES (1) | ES2552052T3 (en) |
IT (1) | ITBO20110340A1 (en) |
RU (1) | RU2592264C2 (en) |
WO (1) | WO2012172488A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU217697U1 (en) * | 2022-12-28 | 2023-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (ФГБОУ ВО "ЧГУ им. И.Н. Ульянова") | Traction drive for front loader |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014007905A (en) * | 2012-06-26 | 2014-01-16 | Honda Motor Co Ltd | Controller for motor drive system |
WO2014155158A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Freescale Semiconductor, Inc. | Device for determining a position of a rotor of an electric motor |
GB201305787D0 (en) | 2013-03-28 | 2013-05-15 | Trw Ltd | Motor drive circuit and method of driving a motor |
EP3041635B1 (en) * | 2013-09-06 | 2020-08-12 | Amada Miyachi America, Inc. | Weld head |
CN104184374A (en) * | 2014-09-16 | 2014-12-03 | 上海理工大学 | Advance angle regulation method for permanent magnet synchronous motor control system |
US9571019B2 (en) * | 2014-09-19 | 2017-02-14 | Seiko Epson Corporation | Control device of motor, electronic apparatus, recording apparatus, robot, and control method of motor |
KR102493847B1 (en) * | 2015-10-07 | 2023-01-30 | 엘지전자 주식회사 | Motor driving apparatus and home appliance including the same |
US10097115B2 (en) * | 2016-11-07 | 2018-10-09 | Infineon Technologies Ag | Auto-synchronization of brushless DC motors |
IT201600115824A1 (en) * | 2016-11-16 | 2018-05-16 | Spal Automotive Srl | METHOD OF CONTROL OF AN ELECTRIC DRIVE. |
CN108183654B (en) * | 2018-01-15 | 2020-11-17 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | Method and device for calibrating resonant frequency of linear vibration device |
CN108134544B (en) * | 2018-01-24 | 2024-01-30 | 东方久乐汽车电子(上海)股份有限公司 | Driving circuit of rotary transformer of brushless motor |
KR102362995B1 (en) * | 2018-06-28 | 2022-02-16 | 한국전자기술연구원 | Motor drive device and system |
CN114039513B (en) * | 2021-11-11 | 2023-12-19 | 江苏科技大学 | Judgment method and judgment system for forward and reverse wind of fan |
CN116191570B (en) * | 2023-04-13 | 2024-03-15 | 广州锐兴科技有限公司 | Multi-type load-based wind-solar storage charging multi-source network collaborative planning and control system and method for power distribution network |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2091978C1 (en) * | 1994-04-28 | 1997-09-27 | Акционерное общество закрытого типа "Аванто" | Gate-controlled motor |
US7042180B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-05-09 | Tecumseh Products Company | Brushless and sensorless DC motor control system with locked and stopped rotor detection |
JP2006174643A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor controller |
JP2006180651A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor controller |
WO2009075071A3 (en) * | 2007-12-10 | 2009-09-11 | Panasonic Corporation | Inverter controller, and motor driving device, electric compressor and electric home appliance using the inverter controller |
EP2195916A1 (en) * | 2007-09-12 | 2010-06-16 | SPAL Automotive S.r.l. | Electric drive and method for controlling it |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69623076T2 (en) * | 1995-06-05 | 2003-04-17 | Kollmorgen Corp | System and method for controlling brushless permanent magnet motors |
JP5052723B2 (en) * | 1999-09-17 | 2012-10-17 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | Low ripple permanent magnet motor control |
US7199549B2 (en) * | 2001-08-17 | 2007-04-03 | Delphi Technologies, Inc | Feedback parameter estimation for electric machines |
US20030076064A1 (en) * | 2001-08-17 | 2003-04-24 | Kleinau Julie A. | Feedforward parameter estimation for electric machines |
US7071649B2 (en) * | 2001-08-17 | 2006-07-04 | Delphi Technologies, Inc. | Active temperature estimation for electric machines |
US6900607B2 (en) * | 2001-08-17 | 2005-05-31 | Delphi Technologies, Inc. | Combined feedforward and feedback parameter estimation for electric machines |
US6694287B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-02-17 | Delphi Technologies, Inc. | Phase angle diagnostics for sinusoidal controlled electric machine |
US20030062868A1 (en) * | 2001-10-01 | 2003-04-03 | Mir Sayeed A. | Switching methodology for ground referenced voltage controlled electric machine |
US7576506B2 (en) * | 2001-12-11 | 2009-08-18 | Delphi Technologies, Inc. | Feedforward parameter estimation for electric machines |
GB0220401D0 (en) * | 2002-09-03 | 2002-10-09 | Trw Ltd | Motor drive control |
US7157878B2 (en) * | 2002-11-19 | 2007-01-02 | Delphi Technologies, Inc. | Transient compensation voltage estimation for feedforward sinusoidal brushless motor control |
TWI300647B (en) * | 2004-06-10 | 2008-09-01 | Int Rectifier Corp | Method for controlling an electric motor to reduce emi |
DE102004038415A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-03-23 | Aesculap Ag & Co. Kg | Surgical machine and method for controlling and / or regulating a surgical machine |
JP4279886B2 (en) * | 2007-02-28 | 2009-06-17 | 株式会社日立製作所 | Synchronous motor driving apparatus and method |
JP4654217B2 (en) * | 2007-04-25 | 2011-03-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Field weakening control device for permanent magnet motor and electric power steering using the same |
US7839108B2 (en) * | 2008-01-24 | 2010-11-23 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Electric motor stator winding temperature estimation |
US7932691B2 (en) * | 2008-04-22 | 2011-04-26 | GM Global Technology Operations LLC | Permanent magnet motor start-up |
CN101453182A (en) * | 2008-12-30 | 2009-06-10 | 天津大学 | Motor uni-current sensor controlling method and apparatus based on four switch inversion bridge |
-
2011
- 2011-06-13 IT IT000340A patent/ITBO20110340A1/en unknown
-
2012
- 2012-06-13 JP JP2014515325A patent/JP6050339B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-13 RU RU2013158053/07A patent/RU2592264C2/en not_active IP Right Cessation
- 2012-06-13 BR BR112013032054A patent/BR112013032054A2/en not_active Application Discontinuation
- 2012-06-13 WO PCT/IB2012/052973 patent/WO2012172488A1/en active Application Filing
- 2012-06-13 EP EP12731732.9A patent/EP2719071B1/en active Active
- 2012-06-13 KR KR1020137033246A patent/KR101904366B1/en active IP Right Grant
- 2012-06-13 ES ES12731732.9T patent/ES2552052T3/en active Active
- 2012-06-13 CN CN201280028911.4A patent/CN103688462B/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-13 US US14/119,729 patent/US9071180B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2091978C1 (en) * | 1994-04-28 | 1997-09-27 | Акционерное общество закрытого типа "Аванто" | Gate-controlled motor |
US7042180B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-05-09 | Tecumseh Products Company | Brushless and sensorless DC motor control system with locked and stopped rotor detection |
JP2006174643A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor controller |
JP2006180651A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor controller |
EP2195916A1 (en) * | 2007-09-12 | 2010-06-16 | SPAL Automotive S.r.l. | Electric drive and method for controlling it |
WO2009075071A3 (en) * | 2007-12-10 | 2009-09-11 | Panasonic Corporation | Inverter controller, and motor driving device, electric compressor and electric home appliance using the inverter controller |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU217697U1 (en) * | 2022-12-28 | 2023-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (ФГБОУ ВО "ЧГУ им. И.Н. Ульянова") | Traction drive for front loader |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101904366B1 (en) | 2018-10-05 |
EP2719071A1 (en) | 2014-04-16 |
KR20140051857A (en) | 2014-05-02 |
ITBO20110340A1 (en) | 2012-12-14 |
EP2719071B1 (en) | 2015-08-05 |
US9071180B2 (en) | 2015-06-30 |
US20140152215A1 (en) | 2014-06-05 |
CN103688462A (en) | 2014-03-26 |
JP2014517678A (en) | 2014-07-17 |
WO2012172488A1 (en) | 2012-12-20 |
BR112013032054A2 (en) | 2016-12-13 |
JP6050339B2 (en) | 2016-12-21 |
RU2013158053A (en) | 2015-07-20 |
ES2552052T3 (en) | 2015-11-25 |
CN103688462B (en) | 2016-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2592264C2 (en) | Electrically driven module | |
US9270220B2 (en) | Circuits and methods of determining position and velocity of a rotor | |
KR101309603B1 (en) | Motor drive voltage-boost control | |
US9124206B2 (en) | Method and arrangement for determining the position of a rotor in a brushless motor or in stepper motor | |
JP5490601B2 (en) | Method for determining the position of the magnetic flux vector of a motor | |
US8461796B2 (en) | Motor drive circuit for driving a synchronous motor | |
JP2004282969A (en) | Control apparatus and method for ac motor | |
US9479096B2 (en) | Phase current regulation in BLDC motors | |
US9716454B2 (en) | Driving circuit and driving method for permanent magnet synchronous motor | |
JP2015186444A (en) | Method for determining position of rotor of polyphase motor | |
KR20150041601A (en) | Resolver calibration for permanent magnet synchronous motor | |
TWI525981B (en) | System, method and apparatus of sensor-less field oriented control for permanent magnet motor | |
RU2560090C1 (en) | Electric motor control unit with permanent magnets without position sensors | |
US8344672B2 (en) | Motor drive control circuit | |
JP6617695B2 (en) | Rotation angle estimation device, motor control device, and rotation angle estimation method | |
US9774285B2 (en) | Voltage sense control circuit, voltage sense control driving circuit and driving method for permanent magnet synchronous motor | |
US20240030851A1 (en) | Method and Device for Identifying the Anisotrophy of an Electric Three-Phase Machine | |
Hu et al. | A novel sensorless algorithm of the trapezoidal back-electromagnetic force brushless DC motors from near-zero to high speeds | |
Dusmez et al. | Sensorless control of BLDCs for all speed ranges with minimal components | |
Kou | A Study of Sensorless Commutation Methods for Brushless DC Motors | |
WO2018092049A1 (en) | Method for controlling an electric drive | |
Nayak | Sensorless Control of BLDC Motor using Hysteresis Comparator | |
JP2004180453A (en) | Control equipment of synchronous motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190614 |